廈門理工學院大物下第十九章光的干涉

（一）相干光（二）楊氏雙縫干涉（三）光程（四）薄膜干涉（五）邁克耳孫干涉儀主要內容當前第1頁\共有54頁\編于星期二\3點19-1相干光當前第2頁\共有54頁\編于星期二\3點一、光源及其發(fā)光

光源—發(fā)射光波的物體

類型自發(fā)輻射（非相干）(1)熱輻射(白熾燈等)(2)電致發(fā)光（稀薄氣體產生的輝光、發(fā)光二極管）(3)光致發(fā)光（利用光激發(fā)）(4)化學發(fā)光（利用化學反應，如螢火蟲發(fā)光）受激輻射（相干）如激光光源當前第3頁\共有54頁\編于星期二\3點電磁波譜可見光的波長范圍：400nm～760nm

光的顏色和電磁波譜當前第4頁\共有54頁\編于星期二\3點普通光源的發(fā)光機理一、光源及其發(fā)光處在基態(tài)的電子處在激發(fā)態(tài)的電子原子模型當前第5頁\共有54頁\編于星期二\3點一、光源及其發(fā)光處于激發(fā)態(tài)的原子會自發(fā)躍遷到低激發(fā)態(tài)或基態(tài)，向外輻射電磁波，是一種自發(fā)輻射。-13.6eV-3.4eV-1.5eV氫原子的發(fā)光躍遷波列L=c

一個原子每次只發(fā)出一段長度有限、頻率一定和振動方向一定的光波。光是一種電磁波。當前第6頁\共有54頁\編于星期二\3點一、光源及其發(fā)光普通光源的發(fā)光特點

間歇性：各原子發(fā)光斷斷續(xù)續(xù)。

隨機性：每次發(fā)光是隨機的，各原子各次發(fā)光相互獨立，各波列的振動方向和振動初相位各不相同。獨立(不同原子發(fā)的光)獨立(同一原子先后發(fā)的光)··當前第7頁\共有54頁\編于星期二\3點二、相干光波的相干條件頻率相同，振動方向相同，有恒定的相位差的兩束光相遇時，在疊加區(qū)域產生明暗穩(wěn)定分布的現(xiàn)象，稱為干涉現(xiàn)象，兩列波稱為相干波。兩個獨立普通光源發(fā)出的光不可能產生干涉。只有來自同一波列的光才是相干的。相干光：滿足干涉條件的光。相干光源：產生相干光的光源。當前第8頁\共有54頁\編于星期二\3點光波的描述通常將光矢量振幅的平方稱為光強，即一、光源及其發(fā)光當前第9頁\共有54頁\編于星期二\3點一、光源及其發(fā)光

單色光：只含單一波長的光。

復色光:含多種波長的光。

準單色光:光波中包含波長范圍很窄的成分的光。當前第10頁\共有54頁\編于星期二\3點相干光的獲得二、相干光振幅分割法波陣面分割法*光源分波陣面法分振幅法當前第11頁\共有54頁\編于星期二\3點19-2楊氏雙縫干涉當前第12頁\共有54頁\編于星期二\3點1801年，英國物理學家托馬斯·楊首先利用雙縫實驗觀察到了光的干涉條紋，從實驗上證實了光的波動性。1865年，英國物理學家麥克斯韋從他的電磁場理論預言了電磁波的存在，并認為光就是一種電磁波。一、楊氏雙縫干涉實驗當前第13頁\共有54頁\編于星期二\3點楊氏雙縫干涉實驗當前第14頁\共有54頁\編于星期二\3點一、楊氏雙縫干涉實驗設狹縫S1、S2兩列光波波動方程分別為：

雙縫干涉實驗

兩列波在P點產生的波動方程分別為：當前第15頁\共有54頁\編于星期二\3點一、楊氏雙縫干涉實驗在P點產生的合振幅：相位差：合成光強：當前第16頁\共有54頁\編于星期二\3點一、楊氏雙縫干涉實驗——相長干涉——相消干涉波程差影響干涉的重要因素光強極大光強極小當前第17頁\共有54頁\編于星期二\3點一、楊氏雙縫干涉實驗r2r1xPSS1S2DdOd>>λ，D>>d(d

10-4m,D

1m)波程差:波程差當前第18頁\共有54頁\編于星期二\3點一、楊氏雙縫干涉實驗

明暗條紋條件

01-12-2明紋級數(shù)12-1-2暗紋級數(shù)波程差為其它值的各點，光強介于最明和最暗之間。當前第19頁\共有54頁\編于星期二\3點一、楊氏雙縫干涉實驗01-12-2明紋級數(shù)12-1-2暗紋級數(shù)

明暗條紋中心位置

k稱為明（或暗）紋的級數(shù)屏幕中央（k=0）為中央明紋。（暗紋）（明紋）當前第20頁\共有54頁\編于星期二\3點一、楊氏雙縫干涉實驗條紋特點以O為中心，明暗相間，相互平行，等間距的條紋。O為明條紋。兩相鄰明紋（或暗紋）間距：當前第21頁\共有54頁\編于星期二\3點一、楊氏雙縫干涉實驗紫光相比紅光的條紋間距？光源為白光呢？白光入射的楊氏雙縫干涉照片當前第22頁\共有54頁\編于星期二\3點S下移時，零級明紋上移，干涉條紋整體向上平移；S上移時，干涉條紋整體向下平移，條紋間距不變。當d增大時，Δx減小，零級明紋中心位置不變，條紋變密集。當d減小時，Δx增大，條紋變稀疏。當D減小時，Δx減小，零級明紋中心位置不變，條紋變密集。當D增大時，Δx增大，條紋變稀疏。一、楊氏雙縫干涉實驗問題：①光源S位置改變，條紋如何變化：②雙縫間距d改變，中央條紋和條紋如何變化：③雙縫與屏幕間距D改變：當前第23頁\共有54頁\編于星期二\3點二、菲涅耳雙鏡和勞埃德鏡實驗菲涅耳雙鏡實驗光欄等效于兩虛光源S1和S2發(fā)出的相干光的干涉。當前第24頁\共有54頁\編于星期二\3點明條紋中心的位置屏幕上明暗條紋中心對O點的偏離x為：暗條紋中心的位置二、菲涅耳雙鏡和勞埃德鏡實驗明暗條紋中心的位置當前第25頁\共有54頁\編于星期二\3點二、菲涅耳雙鏡和勞埃德鏡實驗接觸處,屏上L點出現(xiàn)暗條紋半波損失光源S1和S2是反相相干光源。PML勞埃德鏡實驗當前第26頁\共有54頁\編于星期二\3點有半波損失無半波損失入射波反射波折射波（透射波）折射波（透射波）沒有半波損失二、菲涅耳雙鏡和勞埃德鏡實驗光由光疏介質（光速較大）射向光密介質（光速較?。r，反射光有π位相突變。入射波與反射波之間附加了一個半波長的波程差。半波損失當前第27頁\共有54頁\編于星期二\3點明暗條紋的分布二、菲涅耳雙鏡和勞埃德鏡實驗PML當前第28頁\共有54頁\編于星期二\3點二、菲涅耳雙鏡和勞埃德鏡實驗當前第29頁\共有54頁\編于星期二\3點19-3光程及光程差當前第30頁\共有54頁\編于星期二\3點問題：將雙縫干涉裝置由空氣中放入水中時，屏上的干涉條紋是否會發(fā)生變化？？當前第31頁\共有54頁\編于星期二\3點一、光程光程真空中傳播路程為r時，相位變化：折射率n的介質中，傳播路程為r時，相位變化：光在介質中的波長是真空中波長的1/n。當前第32頁\共有54頁\編于星期二\3點一、光程

光程的概念和意義

介質中的相位變化：光程光程—光在介質中幾何路程與折射率的乘積。

物理意義光在介質中通過的幾何路程按相位差相等折合到真空中的路程。nr一般情況：當前第33頁\共有54頁\編于星期二\3點二、光程差光程差相位差當前第34頁\共有54頁\編于星期二\3點明暗條件二、光程差當前第35頁\共有54頁\編于星期二\3點三、等光程性等光程性平行光線通過透鏡是否會引起附加光程差？透鏡不引起附加的光程差。Sacb··S·FABCFabc當前第36頁\共有54頁\編于星期二\3點實驗裝置放入水中后條紋間距變小。問題：將雙縫干涉裝置由空氣中放入水中時，屏上的干涉條紋是否會發(fā)生變化？再回到剛才的問題（空氣中）（水中）當前第37頁\共有54頁\編于星期二\3點19-4薄膜干涉當前第38頁\共有54頁\編于星期二\3點一、薄膜干涉薄膜干涉（等傾干涉）PLDC34E5A1B2兩束反射光光程差:當前第39頁\共有54頁\編于星期二\3點一、薄膜干涉明暗條件反射光光程差

透射光光程差等傾干涉：條紋級次取決于入射角的干涉。當前第40頁\共有54頁\編于星期二\3點當時當時一、薄膜干涉當光線垂直入射時反射光光程差：當前第41頁\共有54頁\編于星期二\3點一、薄膜干涉

增透膜

利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉條件來減少反射，從而使透射增強。

增反膜

利用薄膜上、下表面反射光的光程差滿足相長干涉，因此反射光因干涉而加強。增透膜和增反膜當前第42頁\共有54頁\編于星期二\3點二、等厚干涉等厚干涉——劈尖夾角θ很小的兩個平面所構成的薄膜形成劈尖。SM劈尖角兩相干光的光程差明紋暗紋等厚干涉(在空氣層上下兩表面):當前第43頁\共有54頁\編于星期二\3點二、等厚干涉相鄰明(暗)紋對應的厚度差K級明紋：K+1級明紋：相鄰明(暗)紋間距l(xiāng)L當前第44頁\共有54頁\編于星期二\3點二、等厚干涉條紋分布特點（1）條紋級次k隨著劈尖的厚度而變化，因此這種干涉稱為等厚干涉。條紋為一組平行與棱邊的平行線。（2）由于存在半波損失，棱邊上為零級暗紋。當前第45頁\共有54頁\編于星期二\3點二、等厚干涉劈尖的應用(1)測膜厚當前第46頁\共有54頁\編于星期二\3點(2)檢驗光學元件表面的平整度二、等厚干涉當前第47頁\共有54頁\編于星期二\3點例波長為的單色光垂直入射到一折射率為n的玻璃劈尖的表面，由于劈尖上表面某處不平，結果觀察到該劈尖的干涉條紋如圖所示。（1）劈尖上表面不平處凸起或凹下？（2）凸起的最大高度（或凹下的最大深度）為多少？解：（1）凹下（2）bH當前第48頁\共有54頁\編于星期二\3點等厚干涉——牛頓環(huán)二、等厚干涉牛頓環(huán)干涉圖樣顯微鏡SLM半透半反鏡T實驗裝置平板玻璃和平凸透鏡兩個玻璃面形成類似劈尖的空氣層。當前第49頁\共有54頁\編于星期二\3點二、等厚干涉Rrd暗紋明紋明暗條紋條件當前第50頁\共有54頁\編于星期二\3點明暗條紋半徑二、等厚干涉明環(huán)半徑暗環(huán)半徑明暗條紋分布特點中心為暗點,由內向外,